单因素诱导的慢性阻塞性肺疾病动物模型研究进展*

李竹英 田春燕 高风丽△

（1.黑龙江中医药大学附属第一医院，黑龙江 哈尔滨 150040；2.黑龙江中医药大学，黑龙江哈尔滨 150040）

慢性阻塞性肺疾病（COPD）是呼吸系统的常见病与多发病之一，其特征为气流受限不完全可逆，严重危害患者的健康，给社会带来沉重的经济负担［1］。目前中西医结合治疗COPD取得了良好的效果，为了探寻中医药治疗COPD的作用机制，中医药工作者在COPD动物实验方面做了大量研究。动物模型是开展COPD科研工作的有效工具，建立理想的动物模型对于探寻COPD的发病机制以及研发治疗COPD的新方法和新药物等具有重要意义［2］。本文对近年来单因素诱导的COPD动物模型建立进行相关探讨，并介绍一些研究者常用的单因素诱导的COPD造模方法。

1 烟雾吸入型

吸烟是COPD发病的重要危险因素，香烟烟雾能够损伤呼吸道黏膜纤毛，使其结构和功能发生异常，导致支气管痉挛，直接损伤肺泡上皮导致肺血管内皮细胞及肺泡巨噬细胞聚集、活化，最终出现一系列病理和生理学改变。张兰英等［3］通过不同的烟熏时间制备COPD小鼠模型，一组烟熏2周，另一组烟熏4周，实验结束后对比两组小鼠发现，烟熏4周组较烟熏2周组的肺泡灌洗液蛋白含量明显增高，电镜下显示单核细胞及淋巴细胞浸润较烟熏2周组明显增多，烟熏4周组的肺泡直径明显大于烟熏2周组，其结果表明烟熏4周小鼠能够制备COPD动物模型，符合人类COPD的病理改变。

2 SO2吸入型

空气污染导致空气中存在大量的SO2，该气体随着人体的呼吸进入气道而刺激支气管黏膜，使得气道清除功能降低。肺组织是SO2污染物进入机体的第一个靶器官，SO2能够导致肺泡上皮细胞损伤，使得肺组织出现炎症反应。动物实验研究表明不同浓度的SO2污染状况下，运动大鼠肺组织中的炎症因子水平明显升高［4］。 国外学者［5］采用不同浓度的 SO2分别进行短期和长期熏大鼠，结果发现仅长期暴露于20 ppm SO2的大鼠能够出现呼吸道高分泌状态和气道炎症，而浓度低于或高于20 ppm或短期暴露不能造成呼吸道高分泌状态，其结果显示长期暴露于20 ppm SO2的造模方法能够复制COPD动物模型。

3 脂多糖诱导型

利用脂多糖制备COPD动物模型的方法一般为气管内反复滴入法。研究表明脂多糖动物模型存在肺功能下降、肺气肿、小气道重塑、肺部炎症等现象［6］。刘君波等［7］利用反复气管内滴入脂多糖的方式制备大鼠COPD模型，造模时间为8周，造模结束后模型组大鼠出现呼吸道阻力升高的现象，肺泡灌洗液中白细胞总数及分类均明显升高，光镜下可见支气管周围及间质有炎症细胞浸润，肺泡结构紊乱、扩张。程羽等［8］分别使用气管内滴注脂多糖法和烟熏法制备COPD大鼠模型，研究发现脂多糖模型组大鼠的中性粒细胞浸润情况更为显著，提示机体炎症反应明显，这可能与脂多糖介导了气道和肺组织的炎症反应，引起持续性肺部炎症有关。

4 蛋白酶诱导型

蛋白酶诱导型COPD动物模型的原理为蛋白酶破坏气道及肺组织中的蛋白酶/抗蛋白酶的平衡进而导致肺气肿的发生。研究表明弹性蛋白酶可分解肺内纤维蛋白、弹性蛋白和胶原等，使肺的弹性回缩力减弱或丧失［9］。目前研究较多的是基质金属蛋白酶/组织金属蛋白酶抑制物的平衡，它被认为是反映气道组织破坏和修复动态平衡的标志［10］。 杨智等［11］给小型猪的支气管内注入木瓜蛋白酶和胰蛋白酶进行COPD造模，通过病理学检查及小动物肺功能测定显示该方法能够复制出COPD模型。

5 细菌感染型

细菌感染是导致COPD发生及反复加重和死亡的主要原因。有研究表明在COPD患者下呼吸道中定植的细菌对患者外周血中的免疫指标、炎症因子、气道重塑相关因子有一定的影响［12］。下呼吸道的细菌感染通过多途径、多种机制引起气道炎症，而COPD的发生和发展多是在慢性气道炎症的基础上反复发作、迁延日久而形成。李建生等［13］采用肺炎克雷伯杆菌滴鼻的方法制备COPD大鼠模型，连续滴鼻16周后，大鼠外周血及肺泡灌洗液中的白细胞及中性粒细胞计数明显升高，肺功能结果显示模型组大鼠潮气量及呼气峰流速明显低于对照组，血气分析显示PaO2降低及PaCO2升高，光镜下显示肺泡腔内有大量中性粒细胞浸润，并分泌大量黏液，说明该法可以建立COPD急性加重期的动物模型。文文等［14］采用铜绿假单胞菌反复感染大鼠气道的方式制备动物模型，其结果表明该造模方式可致大鼠产生COPD的病理学改变，能够建立COPD大鼠模型。

6 基因相关型

研究表明COPD的发病具有家族聚集性的特点［15］。目前研究已经发现基因和分子通路参与了COPD的发病机理［16］。在COPD患者中的一项基因检测发现，62个基因组区域中发现共有889个单核苷酸多态与COPD发病、肺功能变化有关联［17］。目前在基因多态性的研究中蛋白酶/抗蛋白酶失衡和氧化物/抗氧化物失衡备受关注，它们能够导致炎症反应和组织破坏。随着基因组分析技术的发展，基因敲除、转基因技术等已被应用到COPD动物模型的制备过程中［18］。

7 PM2.5诱导型

空气污染导致空气中存在大量的颗粒物质，这些颗粒物质能够随着人体的呼吸进入气道而刺激支气管黏膜，使得气道清除功能降低，可增加发生COPD的风险。近年来研究发现室内外PM2.5污染水平对COPD患者呼出气炎症指标存在一定的影响［19］。施凯等［20］研究发现PM2.5的浓度与外周血中单核细胞、巨噬细胞存活率呈负相关性，这说明PM2.5影响着巨噬细胞吞噬细菌的能力。刘菁等［21］对两组大鼠分别使用吸入PM2.5颗粒和气管内滴注PM2.5混悬液的方法制备COPD模型，造模后比较两组大鼠，结果显示吸入PM2.5颗粒组大鼠肺功能下降，并出现典型的COPD病理改变。

8 评价及展望

烟雾吸入型建立的动物模型是目前应用较广泛的造模方法，该造模方法最接近人类COPD的发病情况，但本方法仍然存在烟雾浓度、暴露频率及时间等因素的不同影响造模结果的问题。SO2吸入型的方法适用于建造气道重塑及黏液高分泌的COPD模型，但由于SO2吸入型的造模因素较单一，因此在实践中很少应用本方法。脂多糖诱导型建立的动物模型病理变化呈慢性支气管炎及肺气肿样改变，该病理改变符合COPD的病理特征，且方法简便易行，在实践中脂多糖多与烟熏联合应用制备COPD气道黏液高分泌的大鼠模型［22］。蛋白酶诱导型的造模方法是模拟COPD发病时蛋白酶/抗蛋白酶失衡，本方法可以成功复制肺气肿动物模型，但本方法所形成的全小叶型肺气肿，与人类长期吸烟所导致的小叶中央型肺气肿的病理变化不完全一致［23］，因此在实践中多与烟雾吸入型联合应用［24］。细菌感染型建立的动物模型较适用于COPD急性加重期，此模型对于研究细菌感染导致肺组织损伤的机理是较合适的模型，但实践中要注意选取细菌的种类及控制细菌的数量。通过基因手段获得的动物模型具有遗传稳定性和来源的可重复性，对人类疾病的研究更具有重要的作用，但对技术水平要求较高，因此相对其他造模方法，本方法在实践中应用相对较少。PM2.5诱导型建立动物模型的方法尚在初步研究阶段，因此对本方法的研究仍需更进一步的探索。COPD的防治是中医药重点研究领域之一，在COPD动物模型制备过程中烟雾吸入型为其常用方法，中医动物模型的制备是以中医理论为指导，研究中多采用病证结合的方式进行造模［25］。

COPD发病机制复杂，由于实验动物与人类存在较大的差别，造模方法各异等，共同影响着动物模型的制备。单因素诱导的COPD动物模型简单易行，但存在造模时间长等问题，目前多因素诱导的COPD动物模型正在广泛发展，但是仍然无统一的动物模型评价标准。COPD动物模型的发展已为COPD的发病及治疗方法的研究作出了巨大的贡献，促进了人类对COPD发病机制的理解和新的中西医治疗药物的发展，期望未来能早日探究出标准的COPD造模方法，以利于COPD更广阔的研究。

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